Putu Indah Ciptayani S.Kom PENCAHAYAAN

Warna Warna merupakan persepsi kita terhadap pantulan cahaya dari benda-benda di depan mata Bagian mata yang berhubungan dengan persepsi adalah retina

Karakteristik Cahaya Cahaya dapat dilihat sebagai gelombang energi Cahaya dapat dibagi menjadi 2 yaitu Cahaya terlihat (visible light) : 390-720 nm Cahaya tak terlihat (invisible light) : <390 atau >720 Karakteristik cahaya yaitu : warna, intensitas dan kemurnian(saturation/purity)

Karakteristik Cahaya-Cont Frekuensi dan panjang gelombang dari cahaya kromatik (cahaya dengan satu warna) dapat dirumuskan sebagai Frekeunsi tidak tergantung pada materi objek, tetapi panjang gelombang tergantung pada materi Ketika cahaya diberikan pada objek, maka sebagian akan diserap dan sebagian lagi akan dipantulkan

Karakteristik Cahaya-Cont Misalnya apabila sebuah benda disorot warna putih dan benda tersebut memantulkan sebagian besar energi dengan frekuensi (600-700nm) maka kita akan melihat warna merah, tetapi jika benda memantulkan energi 400nm, maka kita akan melihat warna biru Apabila benda yang memantulkan energi pada rentang 600-700nm (biasanya disebut warna merah) disinari dengan warna biru (400nm), maka kita akan melihat warna hitam

Karakteristik Cahaya-Cont Rentang panjang gelombang yang dominan dipantulkan disebut dengan hue atau warna

Karakteristik Cahaya-Cont Intensitas cahaya didefinisikan sebagai banyaknya energi radian yang dipancarkan pada suatu waktu, satu sudut tertentu dan pada satu area tertentu. Secara awam disebut kecerahan(brightness) Energi radian berhubungan dengan luminance dari sumber cahaya

Karakteristik Cahaya-Cont Kemurnian merupakan representasi dari luminance dalam dominan frequency Warna putih merupakan warna yang dihasilkan dari semua frekuensi dari spektrum cahaya dengan kekuatan yang sama atau tidak ada kekuatan gelombang yang dominan Warna hitam merupakan situasi di mana tidak ada energi yang dipantulkan So, hitam dan putih bukanlah warna

Karakteristik Cahaya-Cont Apabila energi yang dihasilkan dari panjang gelombang dominan adalah Ed dan sumbangan energi dari gelombang lain adalah Ew, maka warna putih merupakan warna di mana Ed=0 dan Ew sama untuk semua panjang gelombang. Sedangkan untuk warna hitam Ed=Ew=0

Karakteristik Cahaya-Cont energi energi ed ew ew frekuensi frekuensi merah biru merah biru Warna dengan panjang gelombang dominan mendekati merah Warna putih

Karakteristik Cahaya-Cont Kecerahan merupakan area di bawah Ew Purity merupakan selisih dari Ed-Ew Makin besar selisih Ed dengan Ew, maka warna semakin terlihat murni Jika Ew=0 dan Ed<>0, maka akan diperoleh warna murni

Representasi Warna-RGB Representasi warna ini didasarkan pada kenyataan bahwa mata manusia peka terhadap panjang gelombang 630nm(merah), 530nm(hijau), dan 450nm(biru) Dengan mencampur warna tersebut, akan diperoleh berbagai warna aditif Warna akhir yang dihasilkan dapat dirumuskan sebagai W= RR+GG+BB

Representasi Warna-RGB RR,GG,BB bernilai 0 dan 1, di mana 0 berarti tidak ada komponen tersebut dan 1 menyatakan penggunaan penuh.

Representasi Warna-CMY Model ini menghasilkan warna dengan membuang warna tertentu atau disebut dengan warna substraktif Warna substraktif terjadi ketika cahaya putih dilewatkan ke bahan tertentu maka sebagian panjang gelombang diserap oleh bahan Contoh : warna yang kita lihat pada kertas yang diberi warna tinta warna biru terjadi karena bahan tinta menyerap panjang gelombang biru dan memantulkan panjang gelombang lain

Representasi Warna-CMY Warna substraktif menggunakan 3 warna primer : Cyan, Magenta, dan Yellow Warna akhir diperoleh dengan membuang warna primer tersebut sejumlah tertentu (r,g,b)=(1,1,1)-(c,m,y)CMY Warna biru akan diperoleh 1 apabila c=1,m=1 dan y=0 atau dengan mencampurkan warna cyan dan magenta

Representasi Warna-HSV Model ini merepresentasikan warna ke dalam tiga komponen yaitu Hue, Saturation dan Value Hue menyatakan warna dominan dan dinyatakan dengan sudut Saturation menyatakan banyaknya campuran warna dominan dengan warna putih(purity) Value menyatakan intensitas warna dengan nilai 0 sampai 1, value 0 menyatakan hitam, 1 menyatakan putih

Model Pencahayaan Tujuan pencahayaan dalam grafika komputer adalah untuk menghasilkan tampilan senyata mungkin Model pencahayaan secara matematika harus memenuhi: Dapat menghasilkan efek cahaya yang sesungguhnya Dapat dihitung dengan cepat

Pencahayaan Global Model ini merupakan model matematika yang memperhitungkan pengaruh interaksi cahaya terhadap berbagai objek, seperti pantulan, serapan, penyebaran dan bayangan sebagai akibat cahaya yang dihalangi oleh objek tertentu Dikategorikan dalam 2 kelompok yaitu : ray-tracing dan radiocity

Ray-tracing memodelkan cahaya yang menyebar ke berbagai arah dan kemudian menghitung kuat cahaya pada saat cahaya tersebut mengenai mata Kuatnya cahaya yang diterima oleh mata ditentukan oleh permukaan benda tersebut

Pada Radiocity, sembarang permukaan benda yang tidak berwarna hitam diasumsikan menjadi sumber cahaya Cahaya yang dikeluarkan oleh benda tersebut dipengaruhi oleh cahaya yang berasal dari sumber cahaya dan pantulan dari benda lain, dengan demikian setiap benda dipengaruhi oleh benda lain Timbul masalah, bagaimana menentukan warna benda yang dipengaruhi oleh warna benda lain yang juga ditentukan oleh benda lain dan kapan perhitungan tersebut dihentikan

Model ini membutuhkan waktu yang lama dan daya yang besar Menurut Tony DeRose dan Pixar, untuk menghasilkan satu frame dari film finding Nemo dibutuhkan 4jam, sedangkan film The Incredibles dibutuhkan waktu 10jam, padahal 1 detik film pada umumnya dibutuhkan 24-30 frame

Model Pencahayaan Lokal Model ini membutuhkan : Sifat materi penyusun benda Sumber cahaya Geometri permukaan benda Posisi benda

Sifat Materi Penyusun Benda Secara umum, cahaya yang menimpa sebuah permukaan akan dipantulkan oleh permukaan seperti gambar di bawah y n s mata v p x z

Vektor s menunjukkan arah yang ditempuh oleh cahaya dari sumber cahay menuju ke permukaan p Vektor v menunjukkan arah pantulan cahaya dari permukaan p menuju ke mata Vektor n merupakan vektor normal dari permukaan p Bergantung pada materi penyusun permukaan benda, maka ada tiga kemungkinana pantulan cahaya yaitu diffuse, specular dan translucent

Pantulan Diffuse Diffuse merupakan sifat permukaan di mana cahaya yang datang dipantulkan ke segala arah, benda benda yang bersifat diffuse misalnya kayu, batu, karpet Karena cahaya dipantulkan ke segala arah, maka permukaan benda terlihat kasar

Misalnya ada sejumlah cahaya menimpa permukaan P Misalnya ada sejumlah cahaya menimpa permukaan P. Sebagian dari cahaya tersebut disebarkan ke semua arah dan sebagian menuju ke mata dengan kuat cahaya Id Mengingat bahwa cahaya disebarkan ke semua arah, maka orientasi permukaan P terhadap mata tidak terlalu penting, sehingga Id tidak tergantung pada sudut antara vektor v dengan n tetapi pada vektor n dan s

Banyaknya cahaya menyinari permukaan P tergantung pada orientasi relatif permukaan P pada sumber cahaya, dan ini berarti kuat cahaya Id akan sebanding dengan luas permukaan yang disinari s Θ Θ=90 s n n p n s p p

Pada Gambar pertama, vektor n searah dengan vektor s sehingga sudut antara n dan s=0 Pada Gambar 2, vektor n dan s mempunyai sudut sebesar Θ, sehingga luas permukaan yang disinari akan berkurang sebesar cos(Θ), sehingga kecerahan juga akan berkurang sebesar cos(Θ).

Hubungan kecerahan dengan orientasi permukaan dikenal dengan Hukum Lambert Apabila Θ=0, maka kecerahan tidak tergantung pada orientasi permukaan. Tetapi Θ semakin menuju 90 maka kecerahan semakin menuju 0

Cos(Θ) dapat diperoleh melalui dot product vektor s dan vektor n yang sudah dinormalisasi . Dengan demikian kuat cahaya yang dihasilkan yaitu Id = Is rd(us.un) Is merupakan kuat cahaya di sumber cahaya dan rd merupakan koefisien pantulan diffuse dari materi permukaan dan ditentukan oleh berbagai faktor seperti panjang gelombang dari cahaya, dan berbagai karakteristik fisika materi

Pantulan Specular Meskipun cahaya dipantulkan ke berbagai arah, tetapi ada beberapa benda yang memntulkan cahaya lebih banyak pada arah tertentu, misalnya cermin, plastik Kuat cahaya pada arah tertentu dibandingkan dengan arah lain, membuat kita memperoleh kesan bercahaya (highlight)

Untuk permukaan berupa cermin, maka seluruh cahaya akan dipantulkan ke satu arah yang sama yaitu arah r, tetapi permukaan yang tidak terlalu bersifat cermin maka pantulan cahaya akan memudar dengan cepat seiring bertambahnya sudut antara r dan v

n n r r v s s

Kuat cahaya merupakan kelipatan f dan fungsi kosinus Θ, atau cos(Θ)f ,dengan f merupakan koefisien yang ditentukan dengan coba-coba. Permukaan akan bersifat sebagai cermin jika f=∞ karena cahaya makin mendekati vektor r Dengan mengingat bahwa cos(Θ) dapat diperoleh dari dot product vektor v dan r, maka kuat cahaya yang dihasilkan adalah Isp=Is rs(ur.uv)f

Vektor r diperoleh dengan pendekatan halfway yaitu vektor yang terletak di tengah antara vektor s dan r n h r Θ s v Θ

Vektor halfway dapat dihitung sebagai Sehingga cos(Θ) dapat dihitung sebagai dot product dari vektor n dan h, sehingga Isp = Is rs(un.uh)f

Pntulan Transculent Cahaya akan diteruskan sekaligus dipantulkan Sifat ini diperoleh melalui pencahayaan global

Model Sumber Cahaya Cahaya Lingkungan (Ambient Light) Cahaya Titik(Point Light)

Cahaya Lingkungan Cahaya ini berasalah dari semua benda yang memantulkan cahaya walaupun hanya sedikit Cahaya lingkungan tidak memiliki arah dan lokasi Pengaruh cahaya lingkungan dirumuskan dengan Iab = Ia ra

Cahaya Titik Sumber cahaya ini mempunyai lokasi dan arah Jarak antara sumber cahaya terhadapa benda akan berpengaruh terhadap kuat cahya yang diterima oleh benda Model ini dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu : directional, bidirectional

Directional Energi dari sumber cahaya tersebut menyebar ke semua arah dengan kekuatan yang sama. Karena energi dari sumber cahaya tersebut sangat kuat dan dan dapat menempuh jarak yang sangat jauh maka dianggap jarak tidak mempengaruhi kuat cahaya Contoh : Matahari

Positional Mode ini memiliki sifat di mana energi dari sumber cahaya tersebut akan melemah sebanding dengan jarak dan sudut terhadap sumber cahaya Melemahnya kuat cahaya karena pengaruh jarak disebut sebagai attenuation Apabila cahaya yang keluar dari sumber cahaya positional dibatasi sudut penyebarannya, maka kita akan memperoleh efek lampu sorot

Sudut Θ disebut sebagai cut off angle Misalkan Θ merupakan sudut kerucut penyebaran cahaya, maka kuat cahaya akan maksimum di titik tengah kerucut dan berangsur melemah menuju ke nol pada sudut Θ Sudut Θ disebut sebagai cut off angle Θ

Perintah OpenGL berkaitan dg Pencahyaan GL_AMBIENT : mengatur warna cahaya ambient, vektor berisi nilai R,G,B GL_DIFFUSE : mengatur warna cahaya diffuse, vektor berisi nilai R,G,B GL_SPECULAR : mengatur warna cahaya specular, vektor berisi nilai R,G,B GL_POSITION : mengatur lokasi sumber cahaya, vektor berisi 4 nilai(x,y,z,w) dengan w=0 menyatakan sumber cahaya directional dan w=1 positional

GL_SPOT_DIRECTION : mengatur titik yang menjadi tujuan lampu sorot, digunakan jika nilai cut off lebih dari 900